神舟13號飛船回家，由翟志剛、王亞平、葉光富組成的“太空出差3人組”，在我國空間站工作了183天，刷新了單次飛行任務太空駐留時間的紀錄。

太空出差三人組

神舟13號與空間站組合體脫離，再入大氣層后，會在東風著陸場著陸。相信大家能注意到：每一艘神舟飛船在落地前的一剎那，都會冒出一道火光，不了解情況的觀眾可能會誤以為發(fā)生了爆炸，其實那不是爆炸，而是著陸反推發(fā)動機啟動了。

反推發(fā)動機啟動是整個著陸過程的一個關鍵步驟。神舟13號飛船的返回艙經過空氣制動、降落傘減速后，在最后接觸地面的一瞬間，底部安裝的反推發(fā)動機會啟動，完成最后的減速剎車，將飛船穩(wěn)穩(wěn)地落在地上。而反推發(fā)動機需要在距離地面約1米高的地方點火，不能早也不能晚，必須要非常精準，這是為什么呢？

反推發(fā)動機啟動時機要非常精準

在解答這個問題之前，有必要先說說神舟13號的主降落傘。這個降落傘非常引人注目，是世界上最大的降落傘，面積達到了1200平方米，重量卻只有90多公斤。如果巨大的降落傘的減速效果當然會非常好，可將飛船的下降速度降低到8~10米/秒，或者說28.8~36公里/小時，但是卻不能進一步減速了。

這是因為如果再增加降落傘面積的話，不僅重量和體積會增加，還會加劇氣流對飛船著陸過程的影響，直白一點兒說就是會被風刮跑，使得飛船偏離預定著陸點，降低著陸精度，提高了搜救的難度。

所以說降落傘不能無限制地增大，不過假如飛船以二三十公里的速度直接落地的話，也是不可接受的，這相當于騎著一輛電動摩托車去撞墻。由于航天員是背部朝下面朝天坐在返回艙里，如此高的著陸速度有可能損傷航天員的頸椎，因此必須進一步減速。

這時候就輪到反推發(fā)動機登場了！飛船裝有4臺反推發(fā)動機，這些發(fā)動機使用固體燃料，非常小巧，但力氣并不小，每臺可以產生大約3噸的推力。4臺發(fā)動機一起工作，總推力達到了10多噸，足以在一剎那將下降速度降低到2米/秒，也就是人走路的速度，再加上返回艙座椅的緩沖效果，就能保證航天員的安全了。

飛船內的航天員（神舟12）

然而這些反推發(fā)動機推力雖大，卻是一錘子買賣，啟動之后一下子就燒完了！這就對發(fā)動機啟動時機提出了極高的要求。如果啟動過早，飛船還處在半空中比較高的位置，在發(fā)動機關閉之后又會在重力作用下加速下落，造成著陸速度過大。

而如果啟動遲了一點兒，飛船還沒來得及減速就會撞地，同樣不能將速度控制在安全范圍之內。那么何時啟動反推才最合適呢？必須在飛船距地面1米左右的高度，高了低了都不行，精度要達到厘米級！這時就會出現(xiàn)一個難題：如果才能判斷返回艙的離地高度呢？

如何判斷離地高度是個難題

有網友可能會說：這還不簡單？中學物理就學過海拔高度和大氣壓之間有關聯(lián)，高度越高，大氣壓越低。通過測量當前的氣壓值，不就能測出高度了嗎？這個說法不能說有錯，例如飛機上就裝有氣壓高度計，但主要問題是精度太低了，兩個高度差只有1米的位置，大氣壓幾乎是相同的，根本測不出差別，無法達到控制點火的要求。

況且著陸場的地形并不是完全平坦，不可能預先知道著陸點的準確海拔，因此氣壓測高法完全不適用于這個場合。不過我們還可以考慮另一種方法：無線電測高。一般飛機在高度2500英尺（762米）以下時，會使用無線電高度計。這個裝置的原理跟雷達差不多。

無線電高度計向地面發(fā)出無線電波，并接收反射回波。由于光速太快，無法直接通過往返時間來算出高度。因此通常采用調頻的方式，讓電波的頻率按一定規(guī)律隨時間變化，這樣接收到的回波頻率就會出現(xiàn)一個差值，據(jù)此就能計算出距地面的高度。

飛機會使用無線電高度計

無線電高度計的測量精度高于氣壓高度計，可用于飛機的起降過程，但對于神舟飛船著陸的要求，即在1米高度上還能實現(xiàn)厘米級的精確測量，依然是力所不能及。除了無線電高度計之外，還有一種激光高度計，由于激光的頻率遠高于無線電波，它的測距精度會大大提高。

我國的嫦娥四號就安裝了激光測距敏感器，從距月面30公里到15米的高度上，可以達到6厘米的測距精度，相當了不起。但是當高度進一步降低之后，激光高度計的誤差也會增大，在1米高度上的測距能力也不能滿足反推發(fā)動機點火所需。

這可怎么辦呢？別急，我們的“終極神器”終于可以出場了，它就是γ射線高度計。這種裝置會向地面發(fā)射γ光子，并接收散射回的光子。γ光子的頻率遠遠高于激光和無線電波，以至于更像是一個粒子。

γ射線高度計原理

當這些γ光子到達地面后會產生散射，飛向四面八方。飛船高度較高時，只有很小一部分散射回來的γ光子會被γ射線高度計接收到，但是當高度降低到1米左右的近距離時，奇跡發(fā)生了：散射回來的γ光子數(shù)量會急劇增長，而且對高度非常敏感。通過測量接收到的光子數(shù)量，就可推算出當前的高度值，精確度極高。

以俄羅斯的聯(lián)盟TMA載人飛船為例，它同樣采用反堆著陸方式，所搭載的γ射線高度計在0.6~0.9米高度上，測距精度可達4厘米，而且測量的反應速度極快。其它測量方式目前還很難達到比γ射線高度計更高的水平。

我國神舟飛船使用的γ射線高度計是自行研制的，在歷次載人飛行以及嫦娥探月任務中，都經受住了考驗，表現(xiàn)十分優(yōu)秀，其性能應不會弱于俄羅斯產品。正是在這樣的“神器”支持下，神舟13號才有能力在即將落地的一剎那準確發(fā)出點火信號，并在20毫秒內啟動反推發(fā)動機，在一閃而過的火光和煙霧之后，穩(wěn)穩(wěn)地降落在地面上。

γ射線高度計位于返回艙底部，著陸后會被蓋?。ㄉ裰?2）

說到這里，有心的網友會發(fā)現(xiàn)：既然要發(fā)出γ射線，返回艙上豈不是有放射源？答對了！確實有放射源，但它帶有屏蔽裝置，不會對艙內的航天員構成傷害。而在返回艙著陸后，地面人員會趕緊用特制的屏蔽蓋將底部的高度計蓋住。航天員出艙后，放射源會被取出來放到專用容器內儲存。

現(xiàn)在您應該了解神舟飛船的反推著陸過程了吧？不過這里還有個疑問：中俄的載人飛船著陸方式差不太多，最后都是反推著陸，為什么另一個航天大國美國，卻并沒有采用這種著陸方式呢？

美國載人航天的著陸方式確實與中俄有巨大的差別。它的航天飛機是像飛機一樣水平滑翔著陸的，可以降落在跑道上。不過航天飛機已成往事，美國現(xiàn)在又重拾起載人飛船的路線，目前使用SpaceX公司的龍飛船來運送宇航員往返國際空間站。

載人龍飛船在海上降落

不過不論是當年的水星、雙子星、阿波羅飛船，還是現(xiàn)在的載人龍飛船，美國人的飛船在返回地球時都采用了同一種著陸方式：在海面上濺落。海水可以為飛船提供足夠的緩沖，也就不再需要反推發(fā)動機了，節(jié)省了體積和重量。而且地球表面有70%以上是海洋，選擇著陸場也比較方便，對著陸精度的要求也比較低。

那么問題來了：為什么中國和俄羅斯不采用海面濺落的方式呢？美國飛船在海面上降落，是因為它有著極為強大的海上實力。其軍事基地遍布全球，擁有十余艘航空母艦，還有多艘兩棲攻擊艦，具備在全球范圍內的海上搜索和救援能力。

但中國和俄羅斯就不同了，在海洋上的實力起碼目前與美國的差距還比較大，無法有效控制海洋。用海面濺落的方式還需要出動龐大的艦隊，成本高昂，而且一旦有其它勢力前來騷擾，還存在一定風險。

俄羅斯飛船在草原上著陸

因此，俄羅斯選擇在平坦的草原上著陸，例如哈薩克斯坦境內的大草原，而我國神舟11號及以前的飛船是在內蒙古四子王旗的著陸場，神舟12和13號則是在東風著陸場。

不過，神舟飛船這種“降落傘+反推發(fā)動機”的著陸方式，并不一定是最優(yōu)選擇。雖然反推發(fā)動機的體積和重量代價都比較小，但在著陸時卻有可能損壞返回艙，導致飛船無法重復使用。航天器可重復使用是如今的潮流，可大幅降低成本，這個缺點是急需克服的。

SpaceX的龍飛船曾經想過用“反推火箭+著陸腿”的方式，類似于獵鷹9火箭回收，但NASA覺得風險太大，又改回了海上濺落。但海水的沖擊力較小，濺落后的飛船在重復使用方面倒是也問題不大。但如果著陸場必須位于陸地上的話，怎樣才能實現(xiàn)返回艙的可重復使用呢？

新一代載人飛船采用群傘+氣囊緩沖

我國的新一代載人飛船就選擇了“多個降落傘+緩沖氣囊”的方案，在離地面較近時給氣囊充氣，通過柔軟的氣囊實現(xiàn)落地緩沖，同樣可以減小對返回艙的損壞，實現(xiàn)返回艙的重復利用。這種方式占用的空間較大，適合于新一代載人飛船這種比較大的飛船。

新一代載人飛船的緩沖氣囊

那么當神舟飛船退役，新一代載人飛船挑起大梁之后，γ射線高度計會不會失去用武之地呢？那倒不會，當我們探測火星、月球以及太陽系其它星球時，γ射線高度計這種極低高度測距設備還將繼續(xù)大顯身手。